(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持された定盤と、該定盤を回転せしめる回転駆動手段と、該定盤の表面に砥粒を含む砥液を供給する砥液供給手段と、該砥液供給手段によって供給された砥液に含まれる砥粒を該定盤の表面に埋設する砥粒埋設手段と、被加工物を保持し該定盤の表面に接触せしめる被加工物保持部材と、を具備するラップ装置において、
該砥粒埋設手段は、該定盤の表面と対向する円形の押圧面と該押圧面と反対側の取付面を有する押圧部材と、該押圧部材の該取付面が装着される支持部と該支持部から立設して設けられた支持軸部とを有する支持部材と、該支持部材の支持軸部に配設された超音波振動子と、該支持部材に配設される錘部材とを備えた砥粒埋設機構と、該砥粒埋設機構の該超音波振動子に超音波振動を発生させるための交流電力を印加する交流電力供給手段とを具備し、
該押圧部材は、該円形の押圧面全面を該定盤の表面に接触するように形成されている、
ことを特徴とするラップ装置。
【請求項２】
該押圧部材の円形の押圧面には、複数の溝が形成されている、請求項１記載のラップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨するためのラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるウエーハの表面をラップ装置によって研磨し、研磨されたウエーハの表面にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成される。ウエーハ等の被加工物を研磨するためのラップ装置は、回転可能に支持された定盤と、該定盤の表面に砥粒を含む砥液を供給する砥液供給手段と、該砥液供給手段によって供給された砥液に含まれる砥粒を該定盤の表面に埋設する砥粒埋設手段と、被加工物を保持し該定盤の表面に接触せしめる被加工物保持部材とからなっている。
【０００３】
このようなラップ装置においては、砥粒埋設手段によって定盤の表面に供給された砥液に含まれる砥粒を埋設して研磨面を形成した後、被加工物保持部材によって保持された被加工物を研磨面に接触させて研磨加工を実施する。このようにして研磨加工を実施すると、定盤に埋設された砥粒が徐々に磨耗して研磨機能が低下するため、定盤に砥粒を埋設する作業を定期的に実施する必要がある。
【０００４】
定盤に砥粒を埋設する方法としては、砥粒を含む砥液を定盤の表面に供給しつつ砥粒埋設用の治具を定盤の表面上を摺動させる方法が一般に実施されている。しかるに、このような砥粒埋設方法においては、砥粒の埋設効率が低く、定盤の表面に十分な量の砥粒を埋設するには長時間を要するという問題がある。
【０００５】
上述した問題を解消するために、砥粒埋設用の治具に超音波振動を付与しつつ砥粒埋設作業を行うようにしたラップ装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特許第３８４８６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、上記特許文献１に開示された砥粒埋設用の治具はドーナツ状の振動体からなっており、砥粒を押圧する押圧面の面積が少ないため、砥粒埋設効率の面で必ずしも満足し得るものではない。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研磨面を形成する定盤に砥粒を効率よく埋設することができる砥粒埋設手段を備えたラップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、回転可能に支持された定盤と、該定盤を回転せしめる回転駆動手段と、該定盤の表面に砥粒を含む砥液を供給する砥液供給手段と、該砥液供給手段によって供給された砥液に含まれる砥粒を該定盤の表面に埋設する砥粒埋設手段と、被加工物を保持し該定盤の表面に接触せしめる被加工物保持部材と、を具備するラップ装置において、
該砥粒埋設手段は、該定盤の表面と対向する円形の押圧面と該押圧面と反対側の取付面を有する押圧部材と、該押圧部材の該取付面が装着される支持部と該支持部から立設して設けられた支持軸部とを有する支持部材と、該支持部材の支持軸部に配設された超音波振動子と、該支持部材に配設される錘部材とを備えた砥粒埋設機構と、該砥粒埋設機構の該超音波振動子に超音波振動を発生させるための交流電力を印加する交流電力供給手段とを具備し、
該押圧部材は、該円形の押圧面全面を該定盤の表面に接触するように形成されている、
ことを特徴とするラップ装置が提供される。
【０００９】
上記押圧部材の円形の押圧面には、複数の溝が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるラップ装置は、砥液供給手段によって供給された砥液に含まれる砥粒を定盤の表面に埋設する砥粒埋設手段を構成する砥粒埋設機構が、定盤の表面と対向する円形の押圧面と該押圧面と反対側の取付面を有する押圧部材と、押圧部材の取付面が装着される支持部と該支持部から立設して設けられた支持軸部とを有する支持部材と、支持部材の支持軸部に配設された超音波振動子と、支持部材に配設される錘部材とを備え、押圧部材は円形の押圧面全面を定盤の表面に接触するように形成されているので、定盤の表面に砥粒を効率よく埋設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に従って構成されたラップ装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたラップ装置の斜視図が示されている。図１に示すラップ装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２を構成するテーブルプレート２１には、円盤状の定盤３が回転可能に支持されている。この定盤３は錫等の金属材料によって形成されており、その下面には回転軸３１が設けられている。このように構成された定盤３は、回転軸３１に伝動連結された回転駆動手段としての電動モータ３２によって回転せしめられるようになっている。
【００１２】
上記装置ハウジング２を構成するテーブルプレート２１には、定盤３の表面（上面）３０に砥粒を含む砥液を供給する砥液供給手段４が配設されている。この砥液供給手段４は、例えば粒径が０．０５〜１μmのダイヤモンド砥粒を含む砥液を収容する砥液タンク４１と、該砥液タンク４１に収容された砥液を送給するポンプ４２と、該ポンプ４２から送給された砥液を定盤３の表面（上面）３０に噴出するノズル４３とからなっている。
【００１３】
図示の実施形態におけるラップ装置は、砥液供給手段４によって供給された砥液に含まれる砥粒を定盤３の表面(上面)３０に埋設するための後述する砥粒埋設手段および被加工物を保持し定盤３の表面(上面)３０に接触せしめるための後述する被加工物保持部材を回転可能に支持するロータリー支持手段５を具備している。このロータリー支持手段５は、定盤３の表面(上面)３０と平行に移動可能に配設された支持レバー５１を備えている。この支持レバー５１は、図示しない作動手段によって図１において矢印Xで示す方向に移動せしめられるようになっている。支持レバー５１の先端には互いに所定の間隔を持って形成された第１にローラ支持部５１１と第２のローラ支持部５１２が設けられている。第１にローラ支持部５１１には駆動ローラ５２が回転可能に支持されており、第２のローラ支持部５１２には従動ローラ５３が回転可能に支持されている。また、支持レバー５１には、上記駆動ローラ５２を回転するための回転駆動手段５４が配設されている。回転駆動手段５４は、電動モータ５４１と、該電動モータ５４１の駆動軸と駆動ローラ５２の回転軸を伝動連結する伝動ベルト等を含む伝動連結手段５４２とからなっている。
【００１４】
次に、上記砥液供給手段４によって供給された砥液に含まれる砥粒を定盤３の表面(上面)３０に埋設するための砥粒埋設手段について、図２および図３を参照して説明する。図２および図３には、砥粒埋設手段６を構成する砥粒埋設機構６０が示されている。図２および図３に示す砥粒埋設機構６０は、上記定盤３の表面(上面)３０ に供給された砥液に含まれる砥粒を押圧するための押圧部材６１と、該押圧部材６１を支持する支持部材６２を具備している。押圧部材６１は、図示の実施形態においてはセラミックスによって直径が例えば４０mmの円形に形成されており、その下面に押圧面６１１を有し、該押圧面６１１と反対側の上面に取付面６１２を有している。上記押圧面６１１には、上記砥液供給手段４によって供給された砥粒を含む砥液を貯留するための複数の溝が形成されていることが望ましい。押圧面６１１に形成される複数の溝としては、例えば図４に示すように複数の放射状の溝６１１a、図５の(a)および(b)に示すように複数の環状の溝６１１b、図６に示すように複数の放射状の溝６１１aと複数の環状の溝６１１b、図７に示すように格子状の複数の溝６１１cをあげることができる。なお、放射状の溝６１１aや環状の溝６１１b或いは格子状の複数の溝６１１cの幅は、１〜２mmでよい。
【００１５】
図２および図３を参照して説明を続けると、上記支持部材６２は、上記押圧部材６１の取付面６１２が接着剤によって装着される支持部６２１と、該支持部６２１から立設して設けられた支持軸部６２２とを有している。支持部６２１は上記押圧部材６１より大きい外径を有する円形に形成されており、外周部には互いに等角度の位置に４個のボルト挿通穴６２１aが設けられている。この支持部６２１の下面に上記押圧部材６１の取付面６１２が適宜の接着剤によって固着される。支持部材６２を構成する支持軸部６２２は、支持部６２１の上面から上方に延びる大径の錘部材遊嵌部６２２aと、該錘部材遊嵌部６２２aの上端から上方に延びる錘部材遊嵌部６２２aより小径の振動子取付部６２２bと、該振動子取付部６２２bの上端から上方に延びる振動子取付部６２２bより小径の電極端子取付部６２２ｃを備えている。
【００１６】
上述したように構成された支持部材６２には、錘部材６３が配設される。錘部材６３は、ステンレス鋼等の金属材によって環状に形成されている。この錘部材６３は、中央部に上記支持部材６２を構成する支持軸部６２２の錘部材遊嵌部６２２aに遊嵌する遊嵌穴６３１が形成されているとともに、その下面には上記支持部材６２の支持部６２１に設けられた４個のボルト挿通穴６２１aと対応する位置に４個の雌ネジ穴６３２が形成されている。このように構成された錘部材６３は、遊嵌穴６３１を上記支持部材６２を構成する支持軸部６２２の錘部材遊嵌部６２２aに遊嵌して支持部６２１の上面に載置し、支持部６２１の下側からボルト挿通穴６２１aに締結ボルト６４を挿通して雌ネジ穴６３２に螺合することにより、支持部材６２の支持部６２１に装着される。なお、錘部材６３の重量は、５Kg程度でよい。
【００１７】
また、支持部材６２の振動子取付部６２２bには、超音波振動子６５が配設される。超音波振動子６５は、環状の圧電体６５１と、該圧電体６５１の両側分極面にそれぞれ装着された環状の電極６５２a、６５２bとからなっている。圧電体６５１は、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PB(Zi,Ti)O3)、リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3)等の圧電セラミックスによって形成されている。このように構成された超音波振動子６５は、上記支持部材６２を構成する支持軸部６２２の振動子取付部６２２bに嵌合され、上記錘部材遊嵌部６２２aの上面に載置される。このようにして錘部材遊嵌部６２２aの上面に載置された超音波振動子６５の上には振動子取付部６２２bに嵌合された環状のスペーサー６６が載置される。そして、振動子取付部６２２bの上端部に形成された雄ネジ部６２２dに締結ナット６７を螺合することにより、超音波振動子６５は振動子取付部６２２bに装着される。
【００１８】
上記支持部材６２の電極端子取付部６２２ｃには外周に２個のスリップリング６８１aと６８１bが配設されている。このスリップリング６８１aと６８１bは上記超音波振動子６５を構成する電極６５２a、６５２bに配線６８２aと６８２bを介して接続されるようになっている。
【００１９】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における砥粒埋設手段６は、上記砥粒埋設機構６０を構成する超音波振動子６５の電極６５２a、６５２bに交流電力を供給する交流電力供給手段６９を具備している。交流電力供給手段６９は、例えば周波数が１０〜５０kHzで電圧が２０〜１００Vの交流電力を出力する。この交流電力供給手段６９から出力される交流電力は、フレキシブルパイプ６９１内に配設された配線（図示せず）およびフレキシブルパイプ６９１の先端に配設されたロータリーコネクター６９２を介して上記スリップリング６８１aと６８１bから配線６８２aと６８２bを介して超音波振動子６５に供給される。なお、ロータリーコネクター６９２は上記支持部材６２の電極端子取付部６２２ｃに嵌合するように構成されており、その内周面には上記スリップリング６８１aと６８１bと摺接するブラシが配設されている。従って、ロータリーコネクター６９２を上記支持部材６２の電極端子取付部６２２ｃに嵌合することにより、交流電力供給手段６９と超音波振動子６５の電極６５２a、６５２bが電気的に接続される。
【００２０】
次に、被加工物を保持し定盤３の表面(上面)３０に接触せしめるための被加工物保持部材について、図８を参照して説明する。図８に示す被加工物保持部材７は、ステンレス鋼等の金属材によって円柱状に形成されており、その下面に被加工物としてのウエーハWがワックスによって取り付けられる。
【００２１】
図示の実施形態におけるラップ装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
先ず、定盤３の表面(上面)３０に砥粒を埋設する砥粒埋設作業について、図９を参照して説明する。砥粒埋設作業を実施するには、砥粒埋設手段６を構成する砥粒埋設機構６０を定盤３の表面(上面)に載置し、錘部材６３の外周面をロータリー支持手段５の駆動ローラ５２と従動ローラ５３に接触させる。このようにして砥粒埋設機構６０をロータリー支持手段５の駆動ローラ５２と従動ローラ５３によって支持したならば、砥粒埋設機構６０を構成する支持部材６２の電極端子取付部６２２ｃに交流電力供給手段６９のロータリーコネクター６９２を嵌合する。次に、定盤３の回転駆動手段としての電動モータ３２を作動して定盤３を矢印３aで示す方向に例えば１０rpmの回転速度で回転するとともに、砥液供給手段４を作動して砥粒４０aを含む砥液４０を定盤３の表面(上面)３０に供給する。そして、ロータリー支持手段５の電動モータ５４１を作動して駆動ローラ５２を矢印５２aで示す方向に回転する。この結果、駆動ローラ５２と錘部材６３の外周面が接触している砥粒埋設機構６０は、矢印６０aで示す方向に回転せしめられる。このように砥液供給手段４を作動し定盤３を回転するとともに砥粒埋設機構６０を回転することにより、定盤３の表面(上面)３０に供給された砥粒４０aを含む砥液４０は砥粒埋設機構６０を構成する押圧部材６１の押圧面６１１と定盤３の表面(上面)との間に侵入する。
【００２２】
次に、交流電力供給手段６９を作動し、上述したように超音波振動子６５を構成する電極６５２a、６５２bに交流電力を印加する。この結果、圧電体６５１が超音波振動し、この超音波振動は砥粒埋設機構６０の支持部材６２を介して押圧部材６１に伝達され、押圧部材６１が上下方向に超音波振動せしめられる。本発明者等の実験によると、超音波振動子６５を構成する電極６５２a、６５２bに周波数が１０〜５０kHzで電圧が２０〜１００Vの交流電力を印加すると、押圧部材６１は１０〜５０kHzの周波数で上下方向に０．５〜５μmの振幅で振動した。
【００２３】
このようにして超音波振動する押圧部材６１の押圧面６１１と定盤３の表面(上面)との間には上述したように砥粒４０aを含む砥液４０が侵入しているので、図１０に示すように砥粒４０aが押圧部材６１の押圧面６１１によって定盤３の表面(上面)３０に押圧され埋設される。このとき、砥粒埋設機構６０を回転可能に支持するロータリー支持手段５の図示しない作動手段を作動して支持レバー５１を矢印Xで示す方向に移動することにより、定盤３の全表面(上面)３０に砥粒４０aを埋設することができる。なお、押圧部材６１は、円形の押圧面６１１の全面で砥粒４０aを押圧するので、定盤３の表面(上面)３０に砥粒４０aを効率よく埋設することができる。また、図示の実施形態においては押圧部材６１の押圧面６１１には図４乃至図７に示すように複数の放射状の溝６１１aや複数の環状の溝６１１b或いは格子状の複数の溝６１１cが形成されているので、該複数の放射状の溝６１１aまたは複数の環状の溝６１１bに砥粒４０aを含む砥液４０が貯留されるため、押圧面６１１と定盤３の表面(上面)３０との間に常に砥粒４０aを含む砥液４０を保持することができる。本発明者等の実験によると、直径が４０mmの押圧面６１１を有する押圧部材６１を用いて直径が６００mmの定盤３の表面(上面)３０に上述したように砥粒４０aを埋設したところ、１０分程度で定盤３の表面(上面)３０に必要量の砥粒４０aを埋設することができた。
【００２４】
次に、上述したように砥粒４０aが埋設された定盤３を用いて実施するラッピング作業について、図１１を参照して説明する。
ラッピング作業を実施するには、図１１に示すように上記砥粒埋設作業に用いた砥液供給手段４と砥粒埋設機構６０および交流電力供給手段６９を取り除き、上記図８に示すように被加工物としてのウエーハWが装着された被加工物保持部材７を定盤３の表面(上面)にウエーハW側を載置し、被加工物保持部材７の外周面をロータリー支持手段５の駆動ローラ５２と従動ローラ５３に接触させる。このようにして被加工物保持部材７をロータリー支持手段５の駆動ローラ５２と従動ローラ５３によって支持したならば、定盤３の回転駆動手段としての電動モータ３２を作動して定盤３を矢印３aで示す方向に例えば１０rpmの回転速度で回転するとともに、ロータリー支持手段５の電動モータ５３１を作動して駆動ローラ５２を矢印５２aで示す方向に回転し被加工物保持部材７を矢印７aで示す方向に回転せしめる。このとき、被加工物保持部材７を回転可能に支持するロータリー支持手段５の図示しない作動手段を作動して支持レバー５１を矢印Xで示す方向に移動する。この結果、被加工物保持部材７の下面に装着された被加工物としてのウエーハWは、被研磨面が定盤３の表面(上面)３０に埋設された砥粒４０aで研磨される。
【００２５】
次に、上記砥粒埋設機構６０の他の実施形態について、図１２および図１３を参照して説明する。
図１２および図１３に示す砥粒埋設機構６０は、押圧部材６１をそれぞれ装着した複数(図示の実施形態においては３個)の支持部材６２を錘部材６３に装着して構成したものである。押圧部材６１および支持部材６２は、上記図２および図３に示す押圧部材６１および支持部材６２に比して径は小さいが実質的に同様の構成であり、従って同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。なお、図１２および図１３に示す支持部材６２の支持部６２１には、上記図２および図３に示す支持部材６２の支持部６２１に形成されているボルト挿通穴６２１aは設けられていない。一方、錘部材６３には、上記３個の支持部材６２をそれぞれ配設するための３個の嵌合穴６３３が設けられている。また、錘部材６３の上面中心部には、共通の電極端子取付部６３４が突出して設けられており、この共通の電極端子取付部６３４の外周面に２個のスリップリング６３５aと６３５bが配設されている。このように構成された共通の電極端子取付部６３４に上記交流電力供給手段６９のロータリーコネクター６９２が嵌合するようになっている。このように構成された錘部材６３の嵌合穴６３３に図１３に示すように下面側から砥粒埋設機構６０の支持部材６２を嵌合し、支持部材６２を構成する支持部６２１上面と錘部材６３の下面との間にウレタンゴムリング８を介在させて適宜の接着剤によって支持部６２１を錘部材６３の下面に装着する。そして、上記共通の電極端子取付部６３４に配設されたスリップリング６３５aと６３５bと、３個の支持部材６２にそれぞれ配設された各超音波振動子６５を構成する電極６５２a、６５２bを電気的に接続する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従って構成されたラップ装置の斜視図。
【図２】図１に示すラップ装置に装備される砥粒埋設手段を構成する砥粒埋設機構を分解して示す斜視図。
【図３】図１に示すラップ装置に装備される砥粒埋設手段を構成する砥粒埋設機構の断面図。
【図４】図２および図３に示すに示す砥粒埋設機構を構成する押圧部材の第１に実施形態を示す底面図。
【図５】図２および図３に示すに示す砥粒埋設機構を構成する押圧部材の第２に実施形態を示す底面図。
【図６】図２および図３に示すに示す砥粒埋設機構を構成する押圧部材の第３に実施形態を示す底面図。
【図７】図２および図３に示すに示す砥粒埋設機構を構成する押圧部材の第４に実施形態を示す底面図。
【図８】図１に示すラップ装置に装備される被加工物保持部材の斜視図。
【図９】図１に示すラップ装置を用いて実施する砥粒埋設作業の説明図。
【図１０】図９に示す砥粒埋設作業によって定盤の表面に砥粒が埋設される状態を示す説明図。
【図１１】図１に示すラップ装置を用いて実施するラッピング作業の説明図。
【図１２】図１に示すラップ装置に装備される砥粒埋設手段を構成する砥粒埋設機構の他の実施形態を示す分解斜視図。
【図１３】図１２に砥粒埋設機構の断面図。
【符号の説明】
【００２７】
２：装置ハウジング
２１：テーブルプレート
３：定盤
４：砥液供給手段
４１：砥液タンク
４２：ポンプ
４３：ポンプ
５：ロータリー支持手段
５１：支持レバー
５２：駆動ローラ
５３：従動ローラ
５４：回転駆動手段
６：砥粒埋設手段
６０：砥粒埋設機構
６１：押圧部材
６２：支持部材
６３：錘部材
６５：超音波振動子
６６：スペーサー
６９：交流電力供給手段
６９２：ロータリーコネクター
８：被加工物保持部材
W：ウエーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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